(57)【要約】【課題】  オフセット温度特性を良好に保つことができる半導体加速度センサを提供する。【解決手段】  本発明に係る半導体加速度センサは、半導体基板からなるフレーム１と、弾性を有しフレーム１の表面側でフレームに支持されるビーム２と、ビーム２に支持され作用する加速度により揺動する重り部３と、ビーム２の表面側に形成されビーム２の変形を検出するセンシング素子４と、センシング素子４が形成される側の表面に設けた酸化膜５と、酸化膜５の露出表面に設けた保護膜６と、センシング素子４からの信号を外部に出力する電極７とを備え、保護膜６を形成した面以外の基板露出面に対して、保護膜６と同じ材質であるとともに略同等の厚みである第１膜８を設けた構成である。【選択図】図１
2005300503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板からなるフレームと、弾性を有し前記フレームの表面側で前記フレームに支持されるビームと、該ビームに支持され作用する加速度により揺動する重り部と、前記ビームの表面側に形成され前記ビームの変形を検出するセンシング素子と、該センシング素子が形成される側の表面に設けた酸化膜と、該酸化膜の露出表面に設けた保護膜と、前記センシング素子からの信号を外部に出力する電極とを備えた半導体加速度センサであって、
前記保護膜を形成した面以外の基板露出面側に、前記保護膜と同じ材質であるとともに略同等の厚みである第１膜を設けたことを特徴とする半導体加速度センサ。
【請求項２】
前記第１膜を、前記ビームの裏面にのみ設けた請求項１に記載の半導体加速度センサ。
【請求項３】
前記センシング素子と同一である第２センシング素子を、前記ビームの裏面側に対して平面視において前記センシング素子と重なるよう設けた請求項１又は請求項２に記載の半導体加速度センサ。
【請求項４】
前記第１膜の基板側に、前記酸化膜と同じ材質であるとともに略同等の厚みである第２膜を更に設けた請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車、航空機及び家電製品に用いられる半導体加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体加速度センサは、例えば、図６に示すように、センサチップ支持（フレーム１）であるＳｉ基板と、弾性を有しフレーム１の表面側でフレーム１に支持されるビーム２と、ビーム２に支持され作用する加速度により揺動する重り部３と、ビーム２の表面側に形成されビーム２の変形を検出するセンシング素子４と、センシング素子４が形成される側の表面に設けた酸化膜５と、この酸化膜５の露出表面に設けた保護膜６である窒化膜と、センシング素子４からの信号を外部に出力する電極７とを備えた片持ち梁構造である構成を挙げることができる。
【０００３】
なお、センシング素子４は、例えば、ゲージ抵抗４１と、ゲージ抵抗４１と電極７との信号伝達を行う拡散配線抵抗４２とで構成されている。
【０００４】
なお、半導体加速度センサではないが半導体を用いた物理量センサである従来の半導体式変位検出装置として、Ｓｉ基板上に酸化膜と窒化膜とを備えた構成の半導体式変位検出装置が例えば、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平１０−３００６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上述のような半導体加速度センサにおいては、保護膜、酸化膜、半導体基板の３層構造になっているため、これら各層の熱膨張係数に差により生じる熱応力が発生する可能性があり、加速度が印加されない状態での温度特性であるオフセット温度特性が悪化する可能性があった。
【０００６】
本発明は上記問題点を改善するためになされたものであり、オフセット温度特性を良好に保つことができる半導体加速度センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る半導体加速度センサは、半導体基板からなるフレームと、弾性を有し前記フレームの表面側で前記フレームに支持されるビームと、該ビームに支持され作用する加速度により揺動する重り部と、前記ビームの表面側に形成され前記ビームの変形を検出するセンシング素子と、該センシング素子が形成される側の表面に設けた酸化膜と、該酸化膜の露出表面に設けた保護膜と、前記センシング素子からの信号を外部に出力する電極とを備えた半導体加速度センサであって、前記保護膜を形成した面以外の基板露出面側に、前記保護膜と同じ材質であるとともに略同等の厚みである第１膜を設けている。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る半導体加速度センサは、請求項１に記載の半導体加速度センサにおいて、前記第１膜を、前記ビームの裏面にのみ設けている。
【０００９】
また、本発明の請求項３に係る半導体加速度センサは、請求項１又は請求項２に記載の半導体加速度センサにおいて、前記センシング素子と同一である第２センシング素子を、前記ビームの裏面側に対して平面視において前記センシング素子と重なるよう設けている。
【００１０】
また、本発明の請求項４に係る半導体加速度センサは、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体加速度センサにおいて、前記第１膜の基板側に、前記酸化膜と同じ材質であるとともに略同等の厚みである第２膜を更に設けている。
【発明の効果】
【００１１】
このような構成の半導体加速度センサは、保護膜を形成した面以外の基板露出面に対して、この保護膜と同じ材質であるとともに略同等の厚みである第１膜を設けることで、少なくともビームの表裏面に設ける膜構成を略対称に近づけることで、センサ内に発生する熱応力を相殺して、オフセット温度特性を良好に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００１３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１乃至図３に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体加速度センサの製造工程を示す側部断面図であり、図２は、半導体加速度センサを上面からみた概略平面図である。なお、図１は、図２におけるＡ−Ａ断面での断面を示す図であり、図２は、要部のみを簡略化して示した概略図である（酸化膜５、保護膜６、ゲージ抵抗４１、拡散配線抵抗４２は、簡略化のため不図示）。図３は、第１実施形態に係る他の半導体加速度センサを示す側部断面図である。
【００１４】
ここで、半導体加速度センサは、図１（ｅ）に示すように、背景技術（図６参照）に記載の半導体加速度センサにおいて、保護膜６である窒化膜を形成したパターン形成面以外の基板露出面に、第１膜８を設けた構成であり、この第１膜８は、保護膜６と同材質（窒化膜）であるとともに略同等の厚みである。なお、第１実施形態においては、このパターン形成面以外の基板露出面は、図１（ｅ）に示すように、保護膜６を形成した表面に対する裏面側だけではなく、重り部３の側面や、重り部３の側面に対向するフレーム１の領域も含んでいる。
【００１５】
なお、半導体加速度センサの上下方向、表裏面は、実際の使用状態での方位性に依存するため一義的に規定できないが、第１実施形態の記述では説明の便宜上、図１に示すように、保護膜６の配置側を上側、その反対側を下側というように上下方向を規定するものとし、また、各部位の上面側を表面側と規定し、各部位の下面側を裏面側と規定するものとする。
【００１６】
以下に、第１実施形態における半導体加速度センサの製造工程を図１に基づいて説明する。まず、図１（ａ）に示すように、Ｓｉ基板からなり、枠状に形成する前のフレーム１の上面（表面）にフォトリソグラフィー工程を行い、酸化膜５の一部をエッチング除去した後、イオン注入工程、拡散工程により歪みゲージ抵抗４１と、配線として利用する拡散配線抵抗４２とを形成する。その後、酸化膜５の表面に保護膜６である窒化膜を形成する。
【００１７】
次に、図１（ｂ）に示すように、枠状に形成する前のフレーム１の表面にフォトリソグラフィー工程を行い、酸化膜５、保護膜６の一部をエッチングした後、拡散配線抵抗４２と結合する電極７を形成する。そして、次に、図１（ｃ）に示すように、枠状に形成する前のフレーム１の裏面にフォトリソグラフィー工程を行い、窓開け箇所には、裏面の酸化膜５１、窒化膜６１をエッチング除去して窓開けを行った後、異方性エッチングを行い、例えばビーム２相当箇所を形成する。そして、枠状に形成する前のフレーム１の上面にフォトリソグラフィー工程を行い、異方性エッチングを行い、図１（ｄ）に示すように、枠状のフレーム１と重り部３とを形成する。
【００１８】
ここで、最後に、図１（ｅ）に示すように、フレーム１の裏面の酸化膜５１、窒化膜６１を除去した後、フレーム１の表面側に形成した保護膜６である窒化膜と同一材料でかつ略同等の膜厚である窒化膜（第１膜８）をフレーム１の裏面、重り部３の側面、重り部３の側面に対向するフレーム１の領域を含むように形成して、半導体加速度センサが製造される。なお、酸化膜５、保護膜６の厚みは、一例として、酸化膜５が５０００Å程度であり、保護膜６が１５００Å程度であり、ビーム２は、例えば１０μｍ程度である。
【００１９】
第１実施形態に係る半導体加速度センサは、保護膜６を形成した面以外の基板露出面に対して、保護膜６と同じ材質であるとともに略同等の厚みである第１膜８を設けることで、少なくともビーム２の表裏面に設ける膜構成を略対称に近づけることで、センサ内に発生する熱応力を相殺する効果を奏するので、オフセット温度特性を良好に保つことができる。
【００２０】
なお、半導体加速度センサは、図３に示すように、ビーム２裏面にのみ、保護膜６と同材質であるとともに略同等の厚みである第１膜８を設けた構成であってもよい。この場合、半導体加速度センサは、図１（ｅ）に記載の製造工程の後に、ビーム２裏面以外の第１膜８である窒化膜を除去して形成される。この場合、図１（ｅ）に示す半導体加速度センサから重り部３側面、そのフレーム１の対向面等、ビーム２裏面以外の箇所に設けた第１膜８を積極的に取り除くことで、製造工程は増えるものの、オフセット温度特性を更に良好に保つことができる。
【００２１】
（第２実施形態）
次に、第１実施形態において更に第２膜を設けた実施形態を、本発明の第２実施形態として図４に基づいて説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る半導体加速度センサを示す側部断面図である。なお、図４に示す半導体加速度センサに対する平面図は、図２に加えて、重り部３側面、フレーム１の重り部３対向面の傾斜部に第２膜９が形成されているだけであり、その他は同一であるため図示は省略する。
【００２２】
ここで、第２実施形態においては、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、半導体加速度センサは、図１（ｅ）、図３に示す半導体加速度センサの第１膜８に代わり、基板側から順に第２膜９、第１膜８を設けた構成である。つまり、図４（ａ）に示す半導体加速度センサは、図１（ｅ）に示す半導体加速度センサの第１膜８の内側（基板側）に更に第２膜９を設けた構成であり、図４（ｂ）に示す半導体加速度センサは、図３に示す半導体加速度センサの第１膜８の内側（基板側）に更に第２膜９を設けた構成である。
【００２３】
なお、図４（ａ）に示す半導体加速度センサの製造工程に関しては、第１実施形態に記載の図１（ａ）〜図１（ｄ）と共通であるので、説明は省略するが、図１（ｄ）に示す製造工程の後、フレーム１の裏面の酸化膜５１、窒化膜６１を除去して後、フレーム１の表面に形成した酸化膜５と同一材料でかつ略同等の膜厚である第２膜９としての酸化膜と、フレーム１の表面側に形成した保護膜６である窒化膜と同一材料でかつ略同等の膜厚である窒化膜（第１膜８）をフレーム１の裏面、重り部３の側面、重り部３の側面に対向するフレーム１の領域を含むように形成して、半導体加速度センサが製造される。
【００２４】
なお、図４（ｂ）に示す半導体加速度センサは、図３（ａ）に示す半導体加速度センサに対して、更に、ビーム２裏面以外の第１膜８、第２膜９を除去して形成される。
【００２５】
第２実施形態に係る半導体加速度センサは、第１実施形態にて設けた第１膜８の基板側に、酸化膜５と同じ材質であるとともに略同等の厚みである第２膜９を設けたことで、ビーム２の表裏面に設ける膜構成を更に略対称とすることで、オフセット温度特性を更により良好に保つことができる。
【００２６】
また、第１実施形態のように、Ｓｉ基板上に窒化膜を直接堆積する場合には、シリコンと窒化膜との間で生じる引張応力によりシリコン表面に転位（つまり、塑性変形）が生じる可能性があるが、シリコンと窒化膜との間に酸化膜の層を設けることで、この引張応力を緩和することができる。
【００２７】
（第３実施形態）
最後に、ビーム２にセンシング素子４と同一である第２センシング素子４００を設けた実施形態を、本発明の第３実施形態として図５に基づいて説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係る半導体加速度センサを示す側部断面図である。
【００２８】
第３実施形態においては、半導体加速度センサは、図５に示すように、例えば、第２実施形態における図４（ｂ）に示した半導体加速度センサのビーム２の裏面側に対して、平面視においてセンシング素子４（例えばゲージ抵抗４１と拡散配線抵抗４２で構成）と重なる第２センシング素子４００を備えている。なお、第２センシング素子４００は、センシング素子同一の構成（ゲージ抵抗４１と拡散配線抵抗４２とそれぞれ同一のゲージ抵抗４０１と拡散配線抵抗４０２で構成）されているが、ビーム２の変形を検出してその出力を外部に取り出す必要はなく、ビーム２内部の構造を厚み方向に対称とするために設けたもので、ダミーのセンシング素子である。
【００２９】
半導体加速度センサは、図５に示すように、図１（ｄ）に示す製造工程の後に、裏面の酸化膜５１、窒化膜６１を除去した後、フォトリソグラフィー工程を行い、ビーム２の表面側に形成したゲージ抵抗４１と拡散配線抵抗４２と同じゲージ抵抗４０１と拡散配線抵抗４０２を、ビーム２厚み方向の中心にお互いに対称となるよう形成している。
【００３０】
第３実施形態に係る半導体加速度センサは、ビーム２内部に上述の第２センシング素子４００を設け、ビーム２内部の構造を厚み方向に対称とすることで、ビーム２内部の熱応力を更に相殺することができるので、第２実施形態に記載の場合よりも、オフセット温度特性を更に良好に保つことができる。
【００３１】
なお、第１実施形態の図１（ｅ）、図３や第２実施形態の図４（ａ）に示した半導体加速度センサにおいて、ビーム２内部の構造を厚み方向に対称となるように第２センシング素子４００を設けるようにしても勿論よい。
【００３２】
また、第１実施形態乃至第３実施形態においては、フレーム１はＳｉ基板で構成されていたが、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｅｒ）基板で構成してもよい。
【００３３】
また、第１実施形態乃至第３実施形態においては、図１（ｅ）、図３、図４、図５に示すように、第１膜８と酸化膜５、保護膜６との間や、第１膜８、第２膜９と酸化膜５、保護膜６との間を、不連続な状態を例示しているが、勿論適宜連続となるようにしてもよい。また、第１膜８、第２膜９の厚みは、極力ビーム２が撓まないように、ビーム２、第１膜８、第２膜９間の応力のバランスをはかった上で決定すればよく、勿論上述の値に限ったものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体加速度センサの製造工程を示す側部断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る半導体加速度センサを上面からみた概略平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る他の半導体加速度センサを示す側部断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る半導体加速度センサを示す側部断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る半導体加速度センサを示す側部断面図である。
【図６】従来例に係る半導体加速度センサを示す側部断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  フレーム
２  ビーム
３  重り部
４  センシング素子
５  酸化膜
６  保護膜
７  電極
８  第１膜
９  第２膜
４００  センシング素子
【図１】
2005300503.tif 000003
【図２】
2005300503.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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